隧洞混凝土衬砌裂缝处理

隧洞混凝土衬砌裂缝处理

刁展鸿

刁展鸿

深圳市大鹏半岛水源工程管理处

摘要：隧洞混凝土衬砌开裂具有普遍性，轻则影响美观，重则带来安全隐患。鉴此，本文对隧洞衬砌裂缝成因进行了分析，探讨了减少和预防裂缝的措辞，并介绍了裂缝的处理方法。

关键词：隧洞；混凝土衬砌；裂缝；成因；预防；处理

目前，水工隧洞大都采用混凝土衬砌。混凝土硬化过程中形成的裂缝直接影响隧洞内壁的美观，由此产生的渗漏还会导致输水量减少，给运营单位造成一定的经济损失；如果隧洞恰巧位于坝体中，严重的渗漏甚至会危及大坝安全。因此，隧洞混凝土衬砌裂缝问题必须引起足够的重视。本文就此对衬砌裂缝形成的原因和治理措施进行了分析和探讨。

1混凝土衬砌裂缝形成的原因

1.1按施工责任分析

设计不当产生的裂缝，如勘察不深入、支护结构设计不当等。建设单位随意变更设计，不按要求公开招标监理机构，由内部人员充数而失去监理工作的独立性。施工工艺不合理，现场操作不规范，如混凝土生产时配合比不准确、振捣不到位、脱模过早等。一般来说，因施工责任引起的裂缝占95%，其中不规范施工占80%，材料质量问题占15%；设计原因产生的裂缝大约占5%左右[1]。

1.2按裂缝类型分析

隧洞混凝土衬砌所产生的裂缝，分为干缩裂缝、温度裂缝、变形裂缝、接茬裂缝等类型。干缩裂缝是因混凝土硬化过程中凝胶体失水收缩变形，当变形产生的应力超过此时材料强度时就产生开裂，其主要出现在混凝土表面，走向没有明显的规律，可因混凝土材料、配合比不当而发生。温度裂缝是因水泥水化热形成的温差应力引起，与水泥品种、用量、结构厚度有关。变形裂缝主要是因不均匀沉降、施工负荷等引起。接茬裂缝也称为施工冷缝，因浇筑时超过了前一层混凝土的初凝时间，两层混凝土之间粘结强度减弱，就容易出现裂缝。

1.3按裂缝特征分析

隧洞混凝土衬砌裂缝形成的原因比较复杂，一般是由多种因素综合作用引起的，而且裂缝在隧洞无压和有内水压力下的表现是不同的，无压下裂缝可能不可见，但充水运行后受到衬砌自重、内水压力、围岩应力的共同作用就可能出现裂缝。目前，我国压力隧洞混凝土衬砌的配筋设计已由“抗裂设计”转变为“限裂设计”，要求最大裂缝宽度不超过0.2～0.25mm。因为采用“抗裂设计”配筋量过大，在Ⅲ类和Ⅳ类围岩中甚至难以施工，所以对裂缝的控制主要是改善衬砌受力状态和围岩的渗透性，避免形成有害的渗漏通道[2]。在施工期间，除因施工不当引起的各种裂缝（如1.1～1.2节所述）以外，一般情况下衬砌受到的拉应力较小，局部应力集中现象也不严重，所以衬砌几乎不会开裂。隧洞充水后，衬砌应力状态改变，受到的拉应力值增加，当内水压力升高到临界值以上时，拉应力超过混凝土抗拉强度，衬砌就会出现宏观裂缝，并且裂缝宽度与拉应力值大小有关，即拉应力愈大，裂缝也越宽。在衬砌出现宏观裂缝以后，内压水会沿裂缝渗入围岩内，当内水压力超过围岩强度时，就可能造成岩体裂缝扩展和贯通，此现象称为水力劈裂，会形成很大的渗漏通道，会对隧洞的安全运行产生严重影响。隧洞放空检修时，衬砌裂缝中的孔隙水压力近似等于外水压力，衬砌应力状态以压应力为主，裂缝宽度也较充水状态有所减小。

2混凝土衬砌裂缝的预防和处理

2.1衬砌裂缝的预防措施

（1）加强勘察设计工作，深入开展地质勘探，为工程设计提供准确可靠的依据，同时改善设计并提高设计质量。（2）加强原材料控制，做好进场材料的检验和验收，严禁不符合质量标准的材料进场和使用。（3）优化混凝土配合比，在满足强度和抗渗性要求的基础上，水化热要低，干缩值要小，利用双掺技术改善混凝土性能。（4）严格控制混凝土施工工艺，定期抽查和校正配料计量的准确性；高温天气施工时要控制入模温度；浇筑混凝土要分层浇筑，加强振捣；按要求进行养护，混凝土脱模必须达到设计或规范规定的强度。（5）合理设置施工缝，一般8～12m设置一道施工缝，缝内要填塞止水材料。（6）在内水压力较大的部位采取特定措施，如采用强度和抗渗等级更高的混凝土或预应力混凝土进行浇灌；通过固结灌浆、回填灌浆等改善围岩性能等。

2.2衬砌裂缝的处理

隧洞衬砌脱模检查或放空检查时发现裂缝，应根据裂缝特点采取不同的处理措施。对于表面细微裂缝（宽度<0.2mm），可进行表面封闭处理，一方面减少细微渗漏，另一方面也改善隧道内壁的美观性，一般可采用涂刷环氧树脂或喷涂水泥浆处理，还可以喷射混凝土处理。对于局部贯通性裂缝或较宽的裂缝（宽度≥0.2mm），可采用化学灌浆法处理，必要时也可凿开重新浇筑混凝土。裂缝密集且衬砌背后有空洞，应采用水泥灌浆法进行处理。下面介绍它们的施工方法。

2.2.1表面封闭处理

方法一：涂刷环氧树脂。先用打磨机清除衬砌基面上的浮尘、碎屑、油污等杂物，然后用水清洗干净，再用压缩空气吹干表面。涂刷2～3遍环氧树脂浆液，其质量配比为：E-44环氧树脂100份，501稀释剂20份，二甲苯35份，乙二胺8份。再用刮涂料和调色料处理表面，刮涂料质量配比为：灰水泥100份，细砂200份，水35份；调色料质量配比为：灰水泥50份，白水泥30份，108胶10份。

方法二：单组份聚脲防水涂料处理。用前述清理基面的方法处理基面，然后涂刷聚脲防水涂料专用的界面剂，待界面剂表干后刮涂聚脲防水涂料，一般分2～4次刮涂，要求前道涂层表干后才能进行后道刮涂，并控制总厚度不小于2mm[3]。

2.2.2化学灌浆处理

方法一：灌注环氧树脂。沿裂缝开V型槽，其宽、深分别为5cm和3cm，然后在槽中央骑缝钻10mm孔，孔距为0.5m，孔深为衬砌厚度的1/2～2/3，一般深度不少于15cm，但不能钻穿衬砌。清理掉浮尘、碎屑等，将10压浆管一一插入所钻的孔内。在槽内批刮环氧树脂砂浆，其质量配比为：E-44环氧树脂100份，水泥160份，细砂320份，乙二胺10份，二丁酯12份。环氧砂浆硬化以后，在压浆管内压入水泥水玻璃浆液或环氧树脂浆液，灌浆压力一般0.15～0.20MPa。灌浆结束1d以上做0.2MPa压水试验，合格后锯掉压浆管外露部分。为保持表面颜色一致，用前述刮涂料和调色料处理。

方法二：开槽和嵌缝方法同方法一。灌浆材料采用HW及LW水溶性聚氨酯材料，两种成分的配比为1.5：1（体积比），灌浆压力为0.3MPa。灌完浆3～5d后进行压水试验。调色处理同方法一。

2.2.3裂缝密且衬砌后有空洞的处理

沿裂缝两侧均匀布点，间距1.2～1.5m，凿规格10cm×10cm方槽，槽深5cm，然后用风钻钻孔，深3m。安装WDT25注浆锚杆，灌注水泥砂浆，压力为0.4～0.6MPa。砂浆配比为：水泥：砂：水=1：3～5：1。灌浆结束另开新孔灌注纯水泥浆（0.6～1MPa）检验效果。然后安装锚杆垫板，环氧砂浆封槽。

3结语

对待隧洞衬砌混凝土裂缝，首先应该采取有效的预防措施，因为裂缝一旦生成处理起来比较复杂，不仅要投入较多的资源，而且会增加施工成本和拖延工程交付时间，但是裂缝既已出现，就应当分析原因并采取适当的方法进行处理。

参考文献：

[1]王少波.隧洞衬砌混凝土裂缝的成因与防治[J].湖南水利水电，2012（2）：57-59.

[2]韩金明，刘武.引水隧洞混凝土衬砌开裂成因及应对措施[J].四川水利，2014（2）：21-23.

[3]孟丽娟，郑亚平，夏世法，等.超长引水隧洞混凝土衬砌管片裂缝处理施工工艺[J].中国建筑防水，2015（4）：16-19.